浅析小麦栽培智能喷灌水肥一体化技术

摘要：小麦是全球重要的粮食作物之一，其产量和品质直接关系到粮食安全和农业可持续发展。智能喷灌水肥一体化技术作为现代农业的重要创新，通过集成灌溉与施肥系统，实现了水肥的精准供给与调控。本文介绍了智能喷灌水肥一体化技术的概念、原理及组成。文中详细分析了该技术在小麦栽培中的优势，深入探讨了智能喷灌水肥一体化系统设计及具体应用，以期能够为小麦生产的智能化、高效化提供有益的帮助。

关键词：小麦栽培；智能喷灌；水肥一体化技术

智能喷灌水肥一体化技术是一种高效、节能的现代农业技术，通过集成灌溉系统和施肥系统，实现水肥的精准供给和调控。该技术作为现代农业的重要发展方向，为提高小麦生产能力提供了新的思路。该技术不仅提高了水肥利用率，还减少了资源浪费和环境污染[1]。同时，智能喷灌水肥一体化技术还具有节省人工、提高生产效率等优势，为小麦生产的智能化、高效化提供了有力支持。

1 小麦栽培智能喷灌水肥一体化技术概述

1.1 技术概念

智能喷灌水肥一体化技术是一种将灌溉与施肥过程有机结合，通过智能化手段实现精准控制的现代农业技术。该技术借助先进的传感器、控制器和执行机构等设备，实时监测土壤水分、养分状况以及作物生长需求，自动调节灌溉和施肥量，实现水肥的精准供给。该技术不仅能够提高水肥利用率，减少资源浪费，还能促进作物健康生长，提高小麦产量和品质。

1.2 技术原理

智能喷灌水肥一体化技术的原理主要是基于集成灌溉系统和施肥系统，将灌溉和施肥两个过程合二为一，实现水肥的集成管理。通过压力系统提供动力，将水源引入田地，并通过可控管道系统均匀分布到农作物根部，实现灌溉作用。同时，肥料配兑系统将肥料与水混合，通过同样的管道系统送达植株的根系。整个过程中，传感器和控制器实时监测土壤湿度、植物营养状态等参数，并根据设定的规则和程序精确调控灌溉和施肥量，实现精准供给[2]。

1.3 系统组成部分

（1）压力系统

压力系统是智能喷灌水肥一体化技术的动力来源，主要负责将水源引入田地，并通过管道系统均匀分布到农作物根部。该系统通常由水泵、水箱、过滤器等组件构成，确保水源的稳定供应和清洁度。

（2）可控的管道系统

可控的管道系统是智能喷灌水肥一体化技术的关键组成部分，主要负责将水源和肥料溶液输送到农作物根部。该系统由干管、支管、毛管等组成，具体管径根据流量分级配置，关键节点配合智能阀门控制器，用来控制进出水。在温室大棚、大田等应用场景上，安装微喷头、喷头、滴灌等设备，组成一套完善的灌溉管网。

（3）肥料配兑系统

肥料配兑系统是智能喷灌水肥一体化技术中实现精准施肥的关键环节。该系统通常由肥料溶液混合器、控制器、电磁阀等组件构成。通过控制器设定肥料的浓度和水的流量，电磁阀控制肥料的加入量，实现肥料的精准配兑[3]。配兑后的肥料溶液通过可控管道系统送达植株的根系，满足作物的营养需求。

2 智能喷灌水肥一体化技术的优势

2.1 节省人工和灌溉时间

智能喷灌水肥一体化技术通过自动化和智能化的手段，实现了灌溉和施肥过程的精准控制。这一技术显著减少了人工操作的需求，农民不再需要手动进行灌溉和施肥，从而节省了大量的人力和时间。同时，由于灌溉和施肥的精准性，农民可以更加专注于其他农业生产活动，提高整体农业生产效率。

2.2 节约水资源

水资源短缺是全球农业面临的一大挑战。智能喷灌水肥一体化技术通过实时监测土壤湿度和作物生长需求，自动调节灌溉水量，实现了水资源的精准利用。相比传统灌溉方式，该技术能够大幅度减少水分的浪费，提高灌溉水的利用效率。对于缓解水资源短缺、促进农业可持续发展具有重要意义。

2.3 提升肥料利用率

智能喷灌水肥一体化技术将灌溉和施肥过程有机结合，实现了肥料的精准供给。通过实时监测土壤养分状况和作物营养需求，能够自动调节肥料的种类、浓度和施用量，确保作物获得充足的营养同时避免肥料的浪费。这不仅提高了肥料的利用率，还减少了因过量施肥造成的环境污染问题。

2.4 提升小麦产量与品质

智能喷灌水肥一体化技术通过精准灌溉和施肥，为作物提供了适宜的生长环境和充足的营养支持。这有助于促进作物的健康生长，提高作物的产量和品质。同时，由于该技术能够实时监测作物的生长状况，农民可以及时发现并处理作物生长过程中出现的问题，进一步保障作物的产量和品质稳定。因此，智能喷灌水肥一体化技术在提高农业生产效益和推动农业现代化方面发挥了重要作用。

3 智能喷灌水肥一体化系统设计及具体应用

3.1 田地监控系统设计

田地监控系统设计是智能喷灌水肥一体化技术的核心组成部分，主要是实时监测小麦生长环境和土壤条件。该系统主要包括传感器网络、数据采集模块和远程通信模块。

第一，传感器网络部分的设计。在小麦田地中布置多种传感器，如土壤湿度传感器、温度传感器、光照传感器以及茎秆成长监测传感器等，以全面收集小麦生长环境和土壤状态的数据。为确保数据的精确性和代表性，传感器的配置需紧密贴合小麦的生长周期及实际需求。例如，在播种初期，应选定14～16℃的播种温度及12～18℃的地温，利用传感器精准监测并保障播种条件的适宜性。播种完成后3天，田地监控系统需严密调控土壤耕层的含水量，使之维持在72%～78%，从而确保小麦种子能够汲取充足水分，有效提升发芽率[4]。第二，数据采集模块的设计。该部分负责将传感器收集的数据进行汇总和初步处理。该模块需具备强大的数据收集能力和数据处理能力，以确保小麦种植情况数据的准确性和实时性。同时，数据采集模块还需具备数据压缩和加密功能，以保护数据安全。第三，远程通信模块。农户需要将处理后的数据通过无线网络传输至智能处理系统。该模块需具备稳定的通信能力和抗干扰能力，以确保数据的实时传输和可靠性。同时，远程通信模块还需支持多种通信协议，以适应不同场景下的数据传输需求。

3.2 智能处理系统设计

智能处理系统设计是智能喷灌水肥一体化技术的关键所在，主要负责对田地监控系统收集的数据进行智能分析和处理，以制定科学的灌溉和施肥方案。

第一，大数据计算模块。农民可以利用大数据技术对收集的数据进行深度分析和挖掘，以发现小麦生长过程中的规律和趋势。例如，基于过往的种植实践经验，农户可以发现小麦目标产量水平低于

400 kg/667 m²，推荐使用40 kg/667 m²的配方肥作为基肥一次性施用；当产量介于400～500 kg/667 m²时，同样推荐40 kg/667 m²的配方肥作为基肥，并在起身期至拔节期结合灌溉追施16～20 kg/667 m²的尿素；若产量预期在500～600 kg/667 m²，配方肥用量应增至

50 kg/667 m²，并在此期间追施相同量的尿素；而当产量目标超过600 kg/667 m²时，配方肥用量保持50 kg/667 m²

不变，但尿素追施量需略微上调至18～24 kg/667 m²，同样，在起身期至拔节期结合灌溉进行。该模块需具备强大的计算能力和存储能力，以处理和分析海量的数据[5]。第二，智能决策模块。该模块根据大数据计算模块的分析结果，结合小麦的生长需求和土壤条件，制定科学的灌溉和施肥方案。该模块需具备智能化的决策能力，能够根据实时数据自动调整灌溉和施肥的参数，以确保小麦的生长环境始终处于最佳状态。例如，在智能设备的应用实践中，喷灌子系统被用来采集小麦茎秆生长数据及土壤湿度信息，这些信息随后被输入大数据计算模块，以精确计算用水量并智能分析小麦的水分需求规律。基于这些分析结果，可以制定出科学合理的灌溉方案，确保灌溉既适量又适时，从而有效降低杂草生长的风险，为小麦提供一个理想的生长条件。以江苏省宿迁市沭阳县为例，当地农户采用了高低畦种植模式，并将根系吸水层作为灌溉的重点目标，设定灌溉深度为55～60 cm。他们利用智能喷灌水肥一体化机械所配备的叶片温度传感器和光照传感器，结合网络数据库中的需水数据，智能触发冬季灌溉模式。在冬灌期间，他们严格将日均灌溉量控制在860 m3/hm2，以实现精准灌溉。第三，用户交互界面。该模块可以为农民提供直观、易用的用户交互界面，以便用户实时查看小麦的生长环境和土壤条件，以及灌溉和施肥方案的执行情况。该界面需具备友好的操作体验和丰富的功能，以满足用户的实际需求。

3.3 灌溉控制系统设计

灌溉控制系统设计是智能喷灌水肥一体化技术的重要组成部分，主要负责实现灌溉的自动化和智能化。

第一，灌溉设备控制模块。农户们根据智能决策模块制定的灌溉方案，控制灌溉设备的启动、停止和调节。该模块需具备精确的控制能力和稳定的运行性能，以确保灌溉的准确性和可靠性。第二，灌溉参数调整模块。农民可以根据小麦的生长需求和土壤条件，自动调整灌溉参数，如喷灌头间距、喷灌量等。该模块需具备智能化的调整能力，能够根据实时数据自动调整灌溉参数，以适应不同场景下的灌溉需求。例如，在智能机械的应用过程中，农户需遵循流量适宜、喷灌均匀的原则对各项参数进行精细调整，并妥善完成喷灌带的铺设工作。根据土壤的实际情况，灵活调整喷灌头的间距，一般情况下，该间距被控制在22～26 cm，喷灌量则维持在2.5～2.8 L/h。针对砂壤土这一特定土壤类型，喷灌头的间距应设定为18～20 cm。同时，喷灌量需相应调整至2.8～3.4 L/h，以确保灌溉效果的最佳化。第三，灌溉监控模块。该模块可以实时监测灌溉设备的运行状态和灌溉效果，确保灌溉过程的安全和可靠。该模块需具备故障检测和报警功能，以及数据记录和统计功能，以便用户随时查看和分析灌溉过程的数据[6]。

3.4 施肥控制系统设计

施肥控制系统设计旨在实现施肥的自动化和智能化，提高施肥的效率和准确性。

第一，肥料选择模块。主要根据小麦的生长需求和土壤条件，自动选择适合的肥料种类和配比，且该模块具备智能化的选择能力，能够根据实时数据自动调整肥料种类和配比，以满足小麦的生长需求。第二，施肥设备控制模块。该模块需具备精确的控制能力和稳定的运行性能，以确保施肥的准确性和可靠性。第三，农户根据智能决策模块制定的施肥方案，控制施肥设备的启动、停止和调节。施肥效果监测模块：实时监测施肥后的土壤养分含量和小麦生长情况，评估施肥效果。该模块需具备数据分析和评估功能，以便用户随时查看和分析施肥效果的数据。例如，在小麦返青期，传感器同样发挥着关键作用，它们能够实时监测田间状况，并综合多项数据来智能化调整栽培管理方案。这一过程中，需确保土壤持水量不超过70%，且5 cm土层深度内的地温需连续5 d维持在5℃以上。而当小麦进入拔节至抽穗期，则可利用智能遥控手段进行灌溉，总共需灌溉2次，并在此期间适时施加尿素、磷酸一铵等肥料，以满足小麦的生长需求。

3.5 系统集成与调试

系统集成与调试是智能喷灌水肥一体化技术实现的最后一步，能够将各个子系统进行整合和调试，确保整个系统的稳定运行和高效性能[7]。

子系统整合是将田地监控系统、智能处理系统、灌溉控制系统和施肥控制系统等各个子系统进行整合，形成一个完整的智能喷灌水肥一体化系统。整合过程中需确保各个子系统之间的数据通信和协同工作。而系统调试是对整个系统进行全面的调试和测试，包括功能测试、性能测试和稳定性测试等。调试过程中需及时发现和解决潜在的问题和故障，以确保系统的稳定运行和高效性能。同时，还需对系统的用户交互界面进行调试和优化，以提高用户的操作体验和满意度。

4 结语

小麦栽培智能喷灌水肥一体化技术作为一种现代农业的创新模式，在提高小麦生产效率、节约资源、保护环境等方面展现出突出优势。智能喷灌水肥一体化技术不仅实现了水肥的精准供给与调控，还显著节省了人工和灌溉时间，提高了肥料利用率，进而提升了小麦的产量和品质。该技术对于推动小麦栽培技术的现代化、智能化转型具有重要意义，值得在农业生产中广泛推广和应用。随着技术的不断进步和完善，智能喷灌水肥一体化技术将在小麦生产中发挥更加重要的作用。

参考文献

[1] 孙晓霞.廊坊市冬小麦喷灌水肥一体化栽培技术[J].农业工程技术，2024，44（14）：54-55.

[2] 姜凌.小麦智能喷灌水肥一体化种植技术要点探讨[J].农家科技（下旬刊），2023（3）：212-214.

[3] 林娟.小麦智能喷灌水肥一体化种植技术[J].农业工程技术，2022，42（24）：40-41.

[4] 付静，邢静.小麦绿色栽培及智能精准管理技术[J].农业工程技术，2022，42（36）：40-41.

[5] 骆静.水稻大田智能灌溉系统的设计与应用[J].现代农业，2020（6）：6-8.

[6] 王银福，郭宏燕，张明学，等.旱地小麦水肥一体化技术模式探析[J].农家科技（下旬刊），2018（12）：86.

[7] 张兵，邹一琴，韩霞，等.智能化喷灌控制系统的设计与研究[J].节水灌溉，2017（5）：117-122.